Materiales híbridos orgánicos-inorgánicos basados en polímeros conductores y nanoestructuras con distintas funcionalidades

• Autores: Lanús Méndez Elizalde, Matías
• Año de publicación: 2022
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: tesis doctoral
• Colaborador/a o director/a de tesis: Antonel, Paula Soledad
• Materia: MATERIALES COMPUESTOS; POLIMEROS CONDUCTORES; NANOPARTICULAS MAGNETICAS; INTERACCIONES MAGNETICAS; MAGNETORRESISTENCIA; COMPOSITE MATERIALS; CONDUCTIVE POLYMERS; MAGNETIC NANOPARTICLES; MAGNETIC INTERACTIONS; MAGNETORESISTANCE
• Institución: Universidad Nacional de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales

Los materiales compuestos basados en polímeros conductores con nanoestructuras inorgánicas (materiales híbridos orgánico – inorgánicos) resultan de gran interés debido a que combinan propiedades físicas y químicas de los materiales constituyentes en un único material multifuncional. A su vez, son atractivos dado que la interacción entre las partes constituyentes puede afectar las propiedades originales e incluso introducir nuevas propiedades (mecánicas, magnéticas, eléctricas, termoeléctricas y electrónicas, entre otras). En esta tesis doctoral, en particular, se llevó a cabo un estudio sobre materiales compuestos basados en nanopartículas magnéticas (NPM), principalmente ferritas de hierro y cobalto, y el polímero conductor poli-(3,4- etilendioxitiofeno) (PEDOT). En primer lugar, se prepararon las NPM por el método de la coprecipitación en medio alcalino, el polímero conductor mediante polimerización oxidativa y los materiales compuestos por polimerización in situ. Se exploraron distintas condiciones de síntesis con el fin de evaluar en profundidad el efecto de las variables de síntesis en las propiedades finales obtenidas en los materiales. Para ello, se caracterizó su composición, morfología, estructura y propiedades magnéticas y eléctricas. Se hizo énfasis en el estudio de la dependencia de las propiedades magnéticas y eléctricas con la composición y el tamaño de las NPM, la proporción y composición del polímero en los materiales compuestos. Se obtuvieron materiales con buenas propiedades magnéticas y eléctricas modulables desde la síntesis. Se estudiaron las interacciones entre materiales constituyentes y se evidenció que en el material compuesto existen interacciones entre las NPM, a su vez entre éstas y el polímero conductor. Se determinó que es posible controlar desde la síntesis la intensidad de la interacción magnética entre NPM en la matriz polimérica lo que permite modular las propiedades magnéticas. Por otro lado, la conductividad eléctrica de los materiales compuestos disminuye principalmente por la presencia de NPM no conductoras, que a la vez pueden dar lugar modificaciones en el dopaje local del PEDOT y en el largo de su conjugación electrónica Finalmente, se estudió el efecto del campo magnético externo en la resistencia eléctrica del material. Se encontró que la proporción, composición y tamaño de las NPM dominan la magnetorresistencia reversible del material compuesto.
Composites based on conductive polymers with inorganic nanostructures (organic-inorganic hybrid materials) are of great interest because they combine physical and chemical properties of the constituent materials in a single multifunctional material. Moreover, they are attractive since the interaction between the constituent parts could affect the original properties and even introduce new properties (mechanical, magnetic, electrical, thermoelectric, and electronic, among others). In this thesis, composites based on magnetic nanoparticles (MNP), mainly iron and cobalt ferrites, and the conductive polymer poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT) were studied. First, the NPMs were prepared by alkaline co-precipitation, the conductive polymer by oxidative polymerization and the composites by in situ polymerization. Different synthesis conditions were explored to evaluate in depth the effect of the synthesis variables on the final properties obtained in the composites. To that end, composition, morphology, structure, and magnetic and electrical properties of the composites were studied. Emphasis was placed on the study of the composition and size of the MNP, and the proportion and composition of the polymer effects in the magnetic and electrical properties of the composite. Materials with good modulable magnetic and electrical properties were obtained. The interactions between constituent materials were studied and it was found that interactions between the MNP exist, also between the MNP and the conducting polymer. Moreover, is it possible to control from the synthesis the intensity of the MNP magnetic interactions embedded in the polymeric matrix, which allows the magnetic properties to be modulated. On the other hand, the electrical conductivity of the composites decreases due to the presence of non-conducting MNP, which also can modify the local doping of PEDOT, as well as its electronic conjugation Finally, the effect of the external magnetic field on the electrical resistance of the material was studied. It was found that the proportion, composition, and size of the NPM dominate the reversible magnetoresistance of the composites.
Fil: Lanús Méndez Elizalde, Matías. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina.